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EC-Ventilatoren für Gebläsekonvektoren

Aktive Leistungs­faktor­korrektur (PFC) als sinnvolle Option


Bei der Wahl eines geeigneten Ventilators haben es Hersteller von Gebläsekonvektoren nicht leicht: Neben der benötigten Leistung, einem möglichst leisen Betrieb und den Einbaumöglichkeiten im Gehäuse muss auch das Funktionsprinzip des eingesetzten Ventilator-Antriebs zu den Anforderungen der Anwendung passen. Schließlich beeinflusst dieser ganz entscheidend den Energieverbrauch und damit die Betriebskosten. Je nach Applikation können dann noch weitere Ventilatoreneigenschaften wichtig sein: Sind mehrere EC-Ventilatoren parallel im Einsatz, schützt z. B. eine optional erhältliche aktive Leistungsfaktorkorrektur (Aktiv PFC – Power Factor Correction) vor störenden Oberwellen. Die einschlägigen Anforderungen EN61000-3-2 lassen sich dann ohne weiteren konstruktiven Aufwand erfüllen.

Gebläsekonvektoren in Büroräumen, Hotelzimmern oder kommunalen Einrichtungen sind meist keine Einzelkämpfer, sondern werden oft in Parallelschaltung betrieben. Das Schaltungsprinzip der in diesen Geräten aus Gründen der Energieeffizienz und Geräuschoptimierung meist eingesetzte EC-Ventilatoren ist dann nicht völlig frei von Rückwirkungen auf das Netz. Durch den pulsförmigen Aufnahmestrom von EC-Ventilatoren entstehen Stromoberschwingungen. Diese belasten das Versorgungsnetz und können zu erhöhten Verlusten aufgrund von Blindleistung führen. Beim parallelen Betrieb mehrerer EC-Ventilatoren kann dies unter Umständen dazu führen, dass die zulässigen Grenzwerte nach EN61000-3-2 überschritten und andere Geräte im Anlagennetz negativ beeinflusst werden.

Aufwändige Entstörmaßnahmen, die sich vermeiden lassen

Hier Abhilfe zu schaffen, kann aufwändig werden: Die Betreiber müssen für eine ausreichende Blindleistungskompensation sorgen und zentrale Entstörfilter vorsehen, die natürlich Einbauraum beanspruchen. Letzteres ist oft Mangelware. Da die Oberwellen sich auch auf das interne Versorgungsnetz auswirken, sollte zudem auf ausreichende Kabelquer- schnitte geachtet werden. Beim nachträglichen Einbau von Fan Coil Units oder Gebläsekonvektoren ist dann unter Umständen sogar eine neue Verkabelung nötig, die sich in der Praxis aber aus baulichen und ökonomischen Gründen meist nur schwer oder gar nicht realisieren lässt. Natürlich kann man auch jedem Ventilator einen externen Entstörfilter vorschalten, diese sind dann aber aufwändig und unter Umständen nicht exakt auf den jeweiligen Motor abgestimmt und damit nur bedingt ausreichend.

Bild_1_Geblaese

Bild 1: Die EC-Radialventilatoren stehen Einzel-, Zwillings- und Drillingsausführungen für Luftleistungen bis 2.500 m³/h im Leistungsbereich bis 250 W zur Verfügung.

Den ganzen Aufwand können sich Planer und Betreiber jetzt sparen, denn der Motoren- und Ventilatorenspezialist ebm-papst Mulfingen hat sich dieser Thematik angenommen: Die speziell für den Einsatz in Gebläsekonvektoren und Fan Coil Units ausgelegten EC-Radialventilatoren (Bild 1) sind jetzt auch mit Aktiv PFC erhältlich. Diese integrierte „Leistungsfaktorkorrektur“ wandelt den pulsförmigen Aufnahmestrom der EC-Motoren in einen sinusförmigen Strom um. Im zweiten Schritt wird die Lage der Stromkurve so verschoben, dass sie gleichphasig zur Spannung ist. Somit werden die Oberschwingungsanteile im Eingangsstrom stark reduziert. Ebenso wird der Effektivwert des Eingangsstromes minimiert und es kann in vielen Anwendungsfällen ein kleinerer Leitungsquerschnitt für die Versorgungsleitungen der Ventilatoren gewählt werden. Bild 2 und 3 zeigen die gleiche Motor-Ventilatorlaufrad-Kombination im gleichen Arbeitspunkt und bei identisch eingestellter Luftleistung mit und ohne Aktiv PFC. Probleme mit Oberschwingungen und Verlusten durch Blindleistung sind durch die integrierte und perfekt auf die Motoren abgestimmte Leistungsfaktorkorrektur nicht mehr zu befürchten. Die Anforderungen der EN61000-3-2 werden ohne zusätzliche Maßnahmen erfüllt.

Abb2_ohne_APFC

Bild 2: Ohne Leistungsfaktorkorrektur (pulsförmiger Stromverlauf rot): Leistungsfaktor λ = 0,53. Ergebnis: Die „Spitzen“ verzerren das Netz. In blau ist der Spannungsverlauf dargestellt.

Abb3_mit_APFC

Bild 3: Mit Leistungsfaktorkorrektur (sinusförmiger Stromverlauf in rot): Leistungsfaktor λ = 0,99: Im Idealfall hat der geregelte Strom die gleiche Phase wie die Netzspannung. In blau ist der Spannungsverlauf dargestellt.

Energiesparend und leise

Aber auch sonst haben die EC-Radialventilatoren einiges zu bieten. So werden Gebläsekonvektoren in der Regel mit langen Einschaltzeiten betrieben. Hohe Wirkungsgrade fallen deshalb besonders ins Gewicht. Hier können die EC-Ventilatoren ebenfalls punkten. Sie arbeiten mit hohen Wirkungsgraden. Durch ihre GreenTech EC-Motoren verbrauchen diese Ventilatoren bis zu 70 % weniger Energie als herkömmliche AC-Motoren, das macht sich in den Betriebskosten deutlich bemerkbar (Bild 4).

Abb4

Bild 4: Durch den niedrigen Energieverbrauch hat sich die Investition in GreenTech EC-Technik bereits nach weniger als zwei Jahren amortisiert. Der wartungsfreie Betrieb und die lange Lebensdauer senken die Lebenszykluskosten noch weiter.

Hohe Wirkungsgrade bedeuten gleichzeitig auch, dass weniger Verlustwärme anfällt. Dies würde im Kühlbetrieb des Gebläsekonvektors zu zusätzlich aufzubringender Kühlleistung führen. Weiterhin wirken sich niedrige Motortemperaturen positiv auf die Lebensdauer der eingesetzten Kugellager aus. Moderne EC-Technik spart aber nicht nur im Volllastbetrieb. Gerade auch im Teillastbetrieb verlieren EC-Motoren weit weniger von ihrer Effizienz. D.h., die Energieeinsparungen machen sich auch dann bemerkbar, wenn die Ventilatoren in niedrigeren Drehzahlbereichen betrieben werden. Das rechnet sich für den Betreiber innerhalb kurzer Zeit. Die EC-Radialventilatoren stehen als Einzel-, Zwillings- und Drillingsausführungen für Luftleistungen bis 2.500 m³/h im Leistungsbereich bis 250 W zur Verfügung. Alle Ausführungen sind speziell auf einen geräuscharmen Betrieb ausgelegt, bauen sehr kompakt und lassen sich als steckerfertige Plug & Play-Lösung einfach montieren. Der Ventilator wird am Ausblasflansch befestigt und über ein Stecksystem angeschlossen. Die verwendeten Kunststoffmaterialien sind leicht, aber dennoch widerstandsfähig und schalldämpfend. Dadurch und wegen der aerodynamischen Formgebung überzeugen die Ventilatoren durch einen geräuscharmen Betrieb.

Für unterschiedliche Ansprüche

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Bild 5: Die EC-Radialventilatoren sind ideal für den Einsatz in Gebläsekonvektoren.

Da der Anwender immer nur für die Technik bezahlen sollte, die er auch benötigt, gibt es zusätzlich zur Standard-Version, die optional mit der Leistungsfaktorkorrektur ausgestattet sein kann auch eine Basis-Version. Auch sie bietet alle Vorzüge der GreenTech EC-Technologie und eignet sich für Anwendungen, bei denen für die stufenlose Drehstahlsteuerung ein PWM-Signal ausreicht. Für die unterschiedlichen Applikationen im Bereich der Gebläsekonvektoren stehen damit effiziente EC-Radialventilatoren zur Verfügung, die sich durchaus auch für andere Einsatzgebiete eignen, bei denen ähnliche Anforderungen gelten (Bild 5). Ein Beispiel dafür sind Türluftschleier in Eingangsbereichen von Warenhäusern oder Fabrikhallen.

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